Materiały inżynierskie - Notatki - Materiałoznastwo - Część 1, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

Materiały inżynierskie - Notatki - Materiałoznastwo - Część 1, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (812.8 KB)
20 strona
852Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: materiały inżynierskie; wskaźniki wytrzymałościowe
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 20
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Materiały Inżynierskie - Skrypt PW cz1.pdf

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

MATERIA Y IN!YNIERSKIE

(WIADOMO"CI PODSTAWOWE)

Wyk ad dla I roku Wydzia ów Mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Wymiar 30 godzin (E)

Materia y pomocnicze do wyk adu (preskrypt)

Politechnika Warszawska Wydzia In!ynierii Materia owej

Warszawa 1997 r

1

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

1. Wst#p

KSZTA CENIE STUDENTÓW WYDZIA ÓW MECHANICZNYCH W ZAKRESIE IN!YNIERII MATERIA OWEJ.

Materia y s" endemiczne dla wszystkich specjalno#ci in!ynierskich i bez nich in!ynier nie mo!e wykonywa$ swego zawodu. Zrozumienie dla tego faktu potwierdza analiza programów studiów in!ynierskich w renomowanych uczelniach zagranicznych, w których przedmioty z zakresu in!ynierii materia owej lokowane s" na 11 roku studiów w znacznym wymiarze godzinowym (zwykle 40 do 60 godzin, oraz laboratorium). Istotn" spraw" dla programów tych przedmiotów jest wywa!enie udzia u wiedzy podstawowej i wiadomo#ci in!ynierskich, a tak!e wybór metod nauczania. Jest faktem bezspornym, !e in!ynier mechanik realizuj" swoje koncepcje i projekty musi dokonywa$ wyboru w#ród bardzo licznych materia ów konstrukcyjnych lub funkcjonalnych, a wszelkie b %dy w dokonanym wyborze mog" skutkowa$ uszkodzeniem lub zniszczeniem zaprojektowanego urz"dzenia (konstrukcji). In!ynier mechanik mo!e odwo ywa$ si% do konsultacji lub pomocy specjalistów, ale musi potrafi$ sformu owa$ problem materia owy: okre#li$ warunki pracy w sposób zrozumia y dla specjalisty.

Coraz wa!niejszymi we wspó czesnej technice i stanowi"cymi o konkurencyjno#ci wyboru (konstrukcji) s" takie parametry materia u jak cena, masa jednostkowa (a w a#ciwie stosunek wska&ników wytrzyma o#ciowych do masy jednostkowej), mo!liwo#ci zagospodarowania odpadów produkcyjnych oraz wyrobów po okresie ich eksploatacji. Bardzo istotnym

parametrem jest tzw. ekologiczne obci"!enie #rodowiska. Podstawowym wymogiem przy nowoczesnym wyborze materia ów jest traktowanie

równorz%dnie ró!nych ich rodzajów (metale, polimery, ceramika, kompozyty) tak, aby funkcja celu mog a by$ zrealizowana przy najmniejszych kosztach materia owych i eksploatacyjnych. Nie jest wi%c mo!liwe (poza trywialnie prostymi przypadkami) si%ganie wy "cznie do banku danych o w a#ciwo#ciach materia ów - tak uzyskane informacje w wi%kszo#ci przypadków mog" s u!y$ tylko do wst%pnego wytypowania jednego lub kilku materia ów.

Modyfikacja programów studiów musi stawia$ jako cel dydaktyczny obudzenie zainteresowania przedmiotem in!ynieria materia owa przez wykazanie jego przydatno#ci dla wykonania zawodu in!yniera. Mo!na to uzyska$ przez realizacj% nast%puj"cych zada' dydaktycznych:

1) Przedstawienie obci"!e' lub warunków pracy powoduj"cych uszkodzenie lub zniszczenie wyrobu w przypadku nieprawid owego wyboru materia u.

2) Scharakteryzowanie najwa!niejszych grup materia ów konstrukcyjnych z uwzgl%dnieniem podstaw kszta towania ich w a#ciwo#ci.

3) Scharakteryzowanie wa!nych dla obs ugiwanego Wydzia u rodzajów materia ów (np. obszaru materia ów funkcjonalnych).

4) Przedstawienie metodyki post%powania przy doborze materia u.

2

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

2. Zestawienie tematów wyk$adów (1 rok studiów, 2 godziny tygodniowo)

1) Systematyka obci"!e' mechanicznych i wynikaj"cych z nich napr%!e'. Podstawowe wska&niki wytrzyma o#ciowe.

2) Charakterystyka mechanizmów niszcz"cych powierzchni% wyrobów (#cieranie, korozja, zm%czenie).

3) Systematyka p%kni%$: przy obci"!eniach quasi statycznych, dynamicznych, zm%czeniowych, pe zaniu.

4) Charakterystyka grup tworzyw metalicznych, z uwzgl%dnieniem m.in. poziomu wska&ników wytrzyma o#ciowych, odporno#ci na korozj%, ceny.

5) jw. dla tworzyw polimerowych.

6) jw. dla tworzyw ceramicznych.

7) jw. dla kompozytów.

8) Typowe zastosowania grup materia ów (wg. poz. 4 do 7) lub wybranych materia ów. 9) Sposób (metodyka) post%powanie przy doborze materia ów. 10) Przyk ady doboru materia ów na konkretne wyroby (konstrukcje).

Zestaw rysunków znajduj"cych si% na nast%pnych stronach ma spe ni$ dwa zadania:

1) Ma stanowi$ sugesti% interpretacji zapisów programu - adresowan" do wyk adowców przedmiotu „Materia y in!ynierskie - Wiadomo#ci podstawowe" jako przedmiotu bazowego dla wydzia ów mechanicznych.

2) Ma stanowi$ elementy preskryptu dost%pnego dla studentów, u atwiaj"cego #ledzenie wyk adu i zwalniaj"cego ich od wykonywania cz%#ci rysunków i zapisywania niektórych informacji liczbowych lub definicji.

Pierwsza liczba numeracji rysunku odnosi si% do numeru wyk adu, druga liczba - jest kolejnym numerem rysunku w ramach konkretnego wyk adu.

3

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Temat 1:

SYSTEMATYKA OBCI%!E& MECHANICZNYCH I WYNIKAJ%CYCH Z NICH NAPR'!E&. PODSTAWOWE WSKA(NIKI WYTRZYMA O"CIOWE.

Wyk$ad 3h

1) Definicja napr%!e' (napr%!enia styczne i normalne).

2) Systematyka obci"!e' statycznych (rozci"ganie jednoosiowe, #ciskanie jednoosiowe, zginanie, skr%canie, #cinanie, rozci"ganie dwuosiowe, #ciskanie trójosiowe-#ciskanie hydrostatyczne).

3) Klasyfikacja materia ów na podstawie ich wi"za' (wi"zania metaliczne, jonowe, kowalencyjne, si y mi%dzycz"steczkowe).

4) Reakcja materia ów na obci"!enie (na podstawie krzywych rozci"gania):

4.1 Odkszta cenie spr%!yste (definicja odkszta ce': przy rozci"ganiu, przy #ciskaniu i odkszta ce' obj%to#ciowych, prawo Hooke'a, mechanizm odkszta cenia.

4.2 Odkszta cenie plastyczne tworzyw metalicznych (dyslokacje jako podstawowy rodzaj defektów struktury krystalicznej, dyslokacyjny mechanizm odkszta cenia plastycznego metali, rola defektów struktury krystalicznej w odkszta ceniu materia ów metalicznych).

4.3 Odkszta cenie elastomerów wynikaj"ce ze specyfiki materia ów polimerowych. 4.4 Odkszta cenie lepkospr%!yste.

5) Wska&niki wytrzyma o#ciowe materia u wynikaj"ce z charakteru obci"!enia (definicje, metody wyznaczania):

5.1 Wytrzyma o#$ na obci"!enia statyczne (modu spr%!ysto#ci: modu Younga (E), modu #ci#liwo#ci (K), modu Kirchhoffa (G), wytrzyma o#$ na rozci"ganie Rm, wska&niki plastyczno#ci: wyra&na granica plastyczno#ci R, umowna granica plastyczno#ci R02, wyd u!enie A, przew%!enie Z, odporno#$ na kruche p%kanie, twardo#$ (ogólna).

5.2 Wytrzyma o#$ na obci"!enia dynamiczne (udarno#$). 5.3 Wytrzyma o#$ na pe zanie (wytrzyma o#$ na pe zanie, krzywe zale!no#ci wytrzyma o

#ci na pe zanie od czasu próby, granica pe zania). 5.4Wytrzyma o#$ zm%czeniowa (wytrzyma o#$ zm%czeniowa Zo stosunek wytrzyma o#ci

zm%czeniowej do wytrzyma o#ci na rozci"ganie).

6) Rola g%sto#ci i ceny przy wyborze materia ów na podstawie wska&ników w a#ciwo#ci wytrzyma o#ciowych.

Zalecana literatura:1. M.F. Ashby i D.R.H. Jones, Engineering Materials, Pergamon, Oxford, 1993, przet umaczona na j%zyk polski, wydana przez Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, cz%#$ pierwsza Warszawa 1995, cz%#$ druga- Warszawa 1996. 2. M.F. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, Pergamon Oxford, 1992,

wydane przez Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1997.

3. A.G. Guy, Wprowadzenie do nauki o materia ach, PWN, Warszawa, 1997. 4. L.A. Dobrza'ski, Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali, Wyd. Politechniki (l"skiej, Gliwice, 1993.

4

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Rys. 1.1

Systematyka obci"!e' statycznych.

5

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Rys. 1.2

Odkszta cenia: a) przy rozci"ganiu b)przy #ciskaniu c) odkszta cenie obj%to#ciowe.

6

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

7

Rys. 1.3

Energia i si y mi%dzyatomowe.

Rys. 1.4

Wykres rozci"gania metali.

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Schematy rodzajów sieci przestrzennych (wed$ug A. Bravais'go)

Rys. 1.5

Schematy rodzajów sieci przestrzennych.

8

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Rys. 1.6

Defekty punktowe:

a), b) atomy obce

c) wakans

d) atom mi%dzyw%z owy.

9

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Rys. 1.7

Dyslokacja: a) kraw%dziowa b) #rubowa.

10

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

11

Rys. 1.8

Schemat wspinania si% dyslokacji kraw%dziowej: a) dodatniego w wyniku dyfuzji wakansów do dyslokacji

b) ujemnego w wyniku dyfuzji atomów do dyslokacji.

Rys. 1.9

Schemat w"skok"towej granicy daszkowej

o k"cie dezorientacji Q.

Rys. 1.10

Schemat struktury

polikrystalicznej metali.

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

12

Rys. 1.11

Defekty struktury krystalicznej.

Rys. 1.12

Rzeczywisty wykres rozci"gania stali niskow%glowej.

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Systematyka obci"!e' mechanicznych i wynikaj"cych z nich napr%!e'. Podstawowewska&niki wytrzyma o#ciowe

Rys. 1.13

Twardo#$ i jej pomiary.

13

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Rys. 1.14

Odporno#$ na kruche p%kanie w zale!no#ci od grubo#ci próbki dla stopu na osnowie aluminium.

Rys. 1.15 Próba udarno#ci: a) schemat m ota wahad owego b)kszta t i po o!enie próbki.

14

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Rys. 1/16

Wykres zm%czeniowy Wolhera: ZK - wytrzyma o#$ zm%czeniowa przy ma ej liczbie cykli ZO - ograniczona wytrzyma o#$zm%czeniowa ZZ - nieograniczona wytrzyma o#$ zm%czeniowa.

Tabela

Oszcz%dno#ci wynikaj"ce ze zmniejszenia masy wyrobu Przemys$ Oszcz#dno)ci (umowna jednostka masy) Samochodowy 1

Lotnictwo cywilne 100

Lotnictwo wojskowe 1000

Kosmiczny 10000

15

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Temat 2:

CHARAKTERYSTYKA MECHANIZMÓW NISZCZ%CYCH POWIERZCHNI' WYROBÓW ("CIERANIE, KOROZJA, ZM'CZENIE).

Wyk$ad 3h

1) Przyczyny zu!ycia powierzchni wyrobów (tarcie, zm%czenie, korozja).

2) (cieranie (charakterystyka powierzchni przedmiotu, analiza kontaktu fizycznego dwóch powierzchni, odporno#$ na zu!ycie, smarowanie, mechanizmy przebiegu zu!ycia powierzchni materia u spowodowane tarciem (zu!ycie #cierne, zu!ycie adhezyjne).

3) Korozja (niszczenie materia ów pod wp ywem reakcji z otaczaj"cym #rodowiskiem; mechanizmy korozji: chemiczny i elektrochemiczny; g ówne typy zniszcze' korozyjnych: korozja równomierna, w!erowa, selektywna, mi%dzy krystaliczna, napr%!eniowa; procesy utleniania metali; metody ochrony przed korozj").

4) Zm%czenie (warunki zachodzenia procesu zm%czenia, podstawowe poj%cia opisuj"ce zjawisko zm%czenia, próba zm%czenia, mechanizm zm%czenia, skutki procesu zm%czenia dlatrwa o#ci materia ów).

Zalecana literatura: 1. M. F. Ashby i D.R.H. Jones, Engineering Materials, Pergamon, Oxford, 1993, wydana

w j%zyku polskim przez Wydawnictwo Naukowo-Techniczne 1996. 2. L.A. Dobrza'ski, Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali, Wyd. Politechniki

(l"skiej, Gliwice 1993. 3. M. Hebda, A. Wachal, Trybologia, Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa , 1980.

4. S. Koca'da, Zm%czeniowe p%kanie metali, WNT, Warszawa, 1985.

16

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

CHARAKTERYSTYKA MECHANIZMÓW NISZCZ%CYCH POWIERZCHNI'WYROBÓW ("CIERANIE, KOROZJA, ZM'CZENIE)

Rys. 2.1

Model warstwy wierzchniej (WW) cia a sta ego: G - grubo#$ warstwy wierzchniej B - struktura warstwy wierzchniej

U - utwardzanie (umocnienie) strefy

#rodkowej Sw - ska!enia warstwy wierzchniej s - napr%!enia w asne warstwy wierzchniej

1 - mikrop%kni%cia 2 - szczelina

3 - rzadzizna

4 -pory

5 - wyrwa

6 - wtr"cenie

Rys. 2.2

Uproszczony model warstwy wierzchniej po obróbce plastycznej

17

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Rys. 2.3

Model dynamiczny elementarnych procesów zu!ywania: a) bruzdowanie

b)#cinanie nierówno#ci c) #cinanie nierówno#ci #cierniwem przez wyst%p nierówno#ci d)odkszta cenie plastyczne materia u.

Rys. 2.4

Powierzchnia metalu z zaznaczeniem ogniw lokalnych.

Rys. 2.5

Mechanizm reakcji metalu z tlenkiem wed ug mechanizmu: a) chemicznego

b) elektrochemicznego.

18

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Rys. 2.6

Atypowe uszkodzenia korozyjne:

a) korozja równomierna

b)korozja w!erowa c) korozja selektywna

d)korozja mi%dzykrystaliczna e) p%kanie korozyjne.

Rys. 2.7

Schemat praw kinetycznych utleniania metali.

19

MATERIA Y IN!YNIERSKIE (WIADOMO"CI PODSTAWOWE) Wyk ad dla I roku Wydzia ów mechanicznych Politechniki Warszawskiej

Rys. 2/8

Ochrona przed korozj": a) anoda - warstwa Zn, katoda - stal chroniona przed atakiem korozji nawet przy zdarciu

warstwy ZN

b) nieuszkodzona warstwa Sn - ochrania powierzchni% stali przed korozj", przy uszkodzonej warstwie Sn stal staje si% anod" i nast%puje przy#pieszenie procesu korozji.

Rys. 2/9

Mikroodkszta cenia w obszarach trybologicznych podczas zu!ycia zm%czeniowego: a) kilka po zakrzywionej bie!ni b) kulka po p aszczy&nie c) walec po p aszczy&nie d) walec po walcu

e) z%by kó z%batych.

Rys. 2.10

Przyk ad wa u cyklicznie obci"!onego.

20

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome